Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils, dessen Düsennadel von einem Piezo-Aktor angesteuert wird.

In Bezug auf derartige Einspritzventile von Verbrennungsmotoren gelten sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit und Robustheit der Einspritzmenge unter allen Betriebsbedingungen und über die gesamte Lebensdauer eines zugehörigen Kraftfahrzeuges. Um diese Ziele zu erreichen, hat man Regelungsverfahren für die Ein- spritzventile entwickelt. Heutige Regelungskonzepte benutzen teilweise Feedback-Signale aus dem Piezo-Aktor zur Identifi ^¬ kation einzelner statischer Punkte der Düsennadelposition während des eigentlichen Einspritzvorgangs. Hierbei funktio ^¬ niert der Piezo-Aktor als Sensor. Diese Informationen unterliegen jedoch hohen Störgrößeneinflüssen, weil der Piezo-Aktor zeitgleich als Aktor und als Sensor verwendet wird. Des weiteren lassen diese sogenannten signalbasierten Ansätze keine Aussage über das dynamische Verhalten der Düsennadel zu, d. h. es ist nicht möglich, Bewegungsverläufe des Nadelhubs zu charakte ^¬ risieren. Somit ist die Generierung von absoluten Positions- werten nicht möglich. Gerade bei Einspritzventilen, die keine mechanischen Anschlagpunkte aufweisen (z. B. Begrenzung des Düsennadelhubs durch mechanische Blockierung) , ist es zur genauen Betätigung des Einspritzventiles aber wichtig, die Absolutposition der Düsennadel zu kennen. Dies ist maßgeblich für eine präzise Umsetzung von angeforderten Einspritzmengen.

Düsennadelpositionswerte können daher derzeit nur statisch unter Nutzung piezo-elektrischer Effekte erfasst werden (z. B.

Kraftkopplung zwischen Düsennadel und Piezo-Antrieb beim Na- delschließen) . Diese Verfahren unterliegen jedoch hohen

Störgrößeneinflüssen, die sich nur bedingt unterdrücken lassen. Hierbei kommen aufwändige Plausibilisierungsverfahren zum Einsatz, welche jedoch u. U. nicht alle möglichen Ausprägungs- bzw. Fehlerfälle herausfiltern können und somit zu verblei ^¬ benden, nicht zulässigen Restfehlern führen.

Störgrößen auf das Feedback-Signal werden u. a. durch das Ansteuerprofil der Endstufe, durch den Leerhub in der Kraft ^¬ übertragung zwischen Piezo-Aktor und Düsennadel, durch Reibungseffekte im Bereich der Düsennadel sowie durch das ei ^¬ gentliche Hubverhalten des Piezo-Aktors erzeugt. Die genannten Einflüsse reduzieren die Robustheit der abgeleiteten Regelgrößen und wirken sich somit auch auf die Qualität der Regelgüte und letztendlich auf die Qualität der Einspritzmenge aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils der eingangs wiedergegebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit dem der Düsennadelhubverlauf besonders einfach und genau ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass der dynamische Düsenna ^¬ delhubverlauf mit den folgenden Schritten bestimmt und geregelt wird :

Kontinuierliches Erfassen der IST-Größen Aktorstrom oder Aktorladung und/oder Aktorspannung während eines Einspritzvorgangs ;

Rekonstruieren des dynamischen Düsennadelhubverlaufes eines Einspritzventils anhand einer Modellstruktur für eine Düsen- nadelbewegung eines Einspritzventils und Ermitteln der

SOLL-Größen Aktorstrom oder Aktorladung und/oder Aktorspannung hieraus, wobei der dynamische Düsennadelhubverlauf über eine vereinfachte (reduzierte) Modellstruktur durch Einführung von mindestens einem diskreten Messwert des individuellen Ein- spritzventils in ein Grundmodell der Düsennadelbewegung re ^¬ konstruiert wird; und Vergleichen der SOLL-Größen mit den IST-Größen und Minimieren der Abweichung zwischen beiden Größen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden im Gegensatz zum Stand der Technik bestimmte Größen des Piezo-Aktors kontinuierlich erfasst und mit den sich aus einer Modellstruktur für eine Düsennadelbewegung eines Einspritzventils ergebenden Größen verglichen. Die Abweichung zwischen beiden Größen wird ermittelt und minimiert, um den Düsennadelhubverlauf zu regeln.

Speziell werden dabei die physikalischen Größen Aktorstrom oder Aktorladung und/oder Aktorspannung während des Einspritzvorgangs beispielsweise über ein integriertes Messsystem auf einer Steuereinrichtung erfasst. Des weiteren wird der dynamische Düsennadelhubverlauf eines Einspritzventils anhand einer Mo ^¬ dellstruktur für eine Düsennadelbewegung eines Einspritzventils rekonstruiert. Die aus dem Sensormodell gewonnenen Informationen werden dabei in der vorstehend beschriebenen Weise zur Korrektor des realen Nadelhubs verwendet und garantieren somit eine präzise Betätigung des Einspritzventils.

Der dynamische Düsennadelhubverlauf wird über eine vereinfachte (reduzierte) Modellstruktur durch Einführung von mindestens einem diskreten Messwert des individuellen Einspritzventils in ein Grundmodell der Düsennadelbewegung rekonstruiert. Es wird daher von einem Grundmodell ausgegangen, das einer Grundfunktionalität der Nadelbewegung von derartigen Einspritzventilen entspricht. Dieses Grundmodell wird durch Einführung von mindestens einem diskreten Messwert des individuellen Einspritzventils modifiziert. Hierdurch erfolgt eine Anpassung an das entsprechende Modell des Einspritzventils. Als diskreter Messwert wird hierbei vorzugsweise der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkt der Düsennadel verwendet. Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren über die Modellstruktur interne Zustandsgrößen für den Aktor/Nadelhub und/oder die auf den Aktor einwirkende Kraft ermittelt, ins ^¬ besondere die Aktorgeschwindigkeit und/oder der Aktorweg. Aus diesen Zustandsgrößen kann dann der Nadelhub für den vereinfachten Modellansatz ermittelt werden.

Die Minimierung der Abweichung zwischen den SOLL- und IST-Größen kann beispielsweise über einen geeigneten Optimierungsalgo ^¬ rithmus durchgeführt werden, beispielsweise über eine Mini ^¬ mierung der Fehlerfläche zwischen den Messgrößen oder in gewichteter Kombination mit abgeleiteten Größen und den entsprechenden Größen am Modellausgang.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zum Betreiben eines Einspritzventils mit einer vom Piezo-Aktor direkt an ^¬ getriebenen Düsennadel geeignet. Das Verfahren lässt sich aber prinzipiell auch bei Ventilen mit indirektem Antrieb anwenden, beispielsweise bei Einspritzventilen mit spulenbetätigter Aktuatorik sowie Servo-Inj ektoren .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Diagramm, das den Piezo/Nadel-Hub eines Ein- spritzventils in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt; Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Einspritzventils; und

Figur 3 ein Blockdiagramm des in Figur 2 dargestellten

Verfahrens .

Figur 1 zeigt in einem Diagramm den Verlauf des Piezo/Nadel-Hubes eines beispielhaften Einspritzventils in Abhängigkeit von der Zeit. Mit Beginn der Bestromung erreicht der Nadelhub die Betriebspunkte t ₀ ppDo (Leerhub) , t ₀ ppo.i (Nadelmodulbeginn

(Elastizität) ) und t ₀ ppi (Öffnen der Nadel) . Bei t ₀ pp2 ist der maximale Nadelhub erreicht. Bei t ₀ pp3 beginnt der Schließvorgang der Nadel, die dann bei t ₀ pp4 vollständig geschlossen ist. Bei topp4.i ist der Leerhub überwunden. Der Verlauf des Piezo-Hubes entspricht dem des Nadelhubes bis zum dargestellten Pfeil, der den Beginn des Entladens markiert. Ab diesem Punkt weicht der Verlauf des Piezo-Hubes von dem des Nadelhubes ab. Beide Verläufe treffen sich am Punkt topp4 wieder .

Die hier dargestellten Punkte t ₀ ppi (Nadelöffnungspunkt) und t ₀ pp4 (Nadel vollständig geschlossen) werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren detektiert und als diskrete Messwerte in ein

Grundmodell der Düsennadelbewegung eingeführt.

Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils, dessen Düsennadel von einem Piezo-Aktor angesteuert wird, wobei der dynamische Düsennadelhubverlauf bestimmt und geregelt wird. In einem ersten Schritt 1 wird die Aktorspannung des Piezo-Aktors während eines Einspritzvorgangs kontinuierlich erfasst, indem die Aktorspannung mit einem in eine Steuereinrichtung integrierten Messsystem gemessen wird. Die entsprechenden Messwerte werden beispielsweise gespeichert.

In einem anderen Schritt (Schritt 2) wird der dynamische Dü ^¬ sennadelhubverlauf eines Einspritzventils anhand einer Mo ^¬ dellstruktur für eine Düsennadelbewegung des Einspritzventils rekonstruiert. Dabei wird der dynamische Düsennadelhubverlauf über eine vereinfachte (reduzierte) Modellstruktur durch

Einführung des für das aktuelle Einspritzventil detektierten Öffnungs- und Schließzeitpunktes der Düsennadel in ein

Grundmodell der Düsennadelbewegung rekonstruiert. Hieraus wird als SOLL-Größe die Aktorspannung ermittelt (Schritt 2) . Die entsprechenden Werte können ebenfalls in der Steuereinrichtung gespeichert werden.

Die aktuell gemessene Aktorspannung (IST-Wert) wird dann mit der gespeicherten, von der Modellstruktur abgeleiteten Aktor- Spannung verglichen (SOLL-IST-Vergleich) (s. Schritt 3) , und die Abweichung zwischen beiden Größen wird in Schritt 4 zur dynamischen Regelung des Düsennadelhubverlaufes minimiert. Die Nutzung des o. a. Verfahrens trägt erheblich zur robusten Darstellung von Einspritzvorgängen und zur Erhöhung der Ein- spritzmengenqualität bei. Durch die präzise Bestimmung der Nadelbewegung gelingt es, erweiterte Regelstrukturen aufzubauen und die Qualität der Regelgüte signifikant zu steigern.

Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Mit Hilfe der bei 6 angedeuteten vereinfachten Modellstruktur und der am bei 5 angedeuteten Einspritzventil gemessenen Aktorspannung werden eine modellierte Piezo-Aktor- Spannung ^" y(t)und eine gemessene Piezo-Aktor-Spannung y(t) erhalten. Beide Spannungen werden bei 7 miteinander verglichen, und es wird die Spannungsdifferenz Ay = y - ^" y berechnet. Aus der Differenzspannung werden entsprechende interne Zustandgrößen, wie Piezo- und Nadel-Bewegung, Massenkräfte, Geschwindigkeiten, ermittelt, wie bei 9 gezeigt. Diese Werte werden einer Opti ^¬ mierungsstrategie unterzogen (Schritt 8) und dann zur Mini ^¬ mierung der Spannungsabweichung in das System eingegeben. Der Düsennadelhubverlauf lässt sich auf diese Weise präzise regeln.